《直流电》-模块十　西门子６ＳＥ７０ 变频器的应用

模块十西门子６ＳＥ７０变频器的应用项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制项目六西门子６ＳＥ７０变频器与Ｓ７－３００ＰＬＣ的联机运行项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信上一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述任务一西门子６ＳＥ７０系列变频器的结构高性能通用变频器为了满足不同工程的需要，有几种硬件结构，即独立式变频器、公共直流母线式变频器和带能量回馈单元的变频器。独立式变频器是将整流单元和逆变单元放置在一个机壳内，是目前应用最多的变频器，一般只驱动一台电动机，用于一般的工业负载。公共直流母线式变频器是将变频器的整流单元和逆变单元分离开来，分别放置在各自的机壳内；整流单元的功能是将电压和频率不变的交流电转换成电压恒定的直流电，形成公共直流母线；逆变单元挂到公共直流母线上，其功能是将电压恒定的直流电转换成电压和频率均可调的交流电，用于驱动电动机。下一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述公共直流母线式变频器最大的特点是一个整流单元可下挂多个逆变单元，驱动多台电动机，特别适用于生产线上的辊道传动。高性能通用变频器驱动电梯、升降机及可逆轧机等负载时，都要求四象限运行，所以必须配置能量回馈单元。能量回馈单元的功能是将电动机制动时产生的再生能量回馈给电网。能量回馈单元不单独使用，必须接到变频器上才能运行。西门子６ＳＥ７０系列变频器是一种工程型高性能变频器，有４种控制模式，如图１０－１所示。（１）一台独立的变频器，驱动一台电动机，适用于一般的工业负载。（２）一台独立的变频器，带一个能量回馈单元，驱动一台电动机，适用于电梯和升降机等四象限运行的负载。上一页下一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述（３）一个整流单元下挂多个逆变单元，驱动多台电动机，适用于生产线等辊道传动的负载。（４）一个整流单元带一台能量回馈单元，下挂多个逆变单元，驱动多台电动机，适用于四象限运行的负载。任务二西门子６ＳＥ７０系列变频器的接线１.主电路接线西门子公司６ＳＥ７０系列变频器的结构分书本形结构和柜体形结构，图１０－２所示为书本形结构变频器的主电路原理。上一页下一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述２.控制电路接线西门子公司６ＳＥ７０系列变频器的中心控制单元有ＣＵＶＣ和ＣＵＲ两种，ＣＵＶＣ为６ＳＥ７０系列变频器专用于矢量控制的中心单元，ＣＵＲ为６ＳＥ７０系列变频器专用于整流单元的中心控制单元。在ＣＵＶＣ和ＣＵＲ上，有多个开关量和模拟量端子，可通过软件编程，对每个端子进行任意的功能设定，图１０－３所示为ＣＵＶＣ控制电路原理。ＣＵＶＣ控制端子排Ｘ１０１、Ｘ１０２、Ｘ１０３上的各端子含义见表１０－１。上一页下一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述任务三西门子６ＳＥ７０系列变频器的参数设置１.通过ＰＭＵ（参数化单元）设置参数１）参数西门子６ＳＥ７０系列变频器按照参数的功能，可有下列不同品种。（１）功能参数（大写字母Ｐ、Ｕ、Ｈ和Ｌ表示，能读和写）。（２）ＢＩＣＯ参数（大写字母Ｂ、Ｋ和ＫＫ表示，能读和写）。注意：ＢＩＣＯ参数为变频器内部存储单元，因此参数值外观不可见。上一页下一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述（３）只读参数（小写字母ｒ、ｎ、ｄ和ｃ）（仅能读）。３个数字覆盖的范围为０００～９９９；但并非所有数值都能用到。通常，采用ＰＭＵ、ＯＰＩＳ或ＤＲＩＶＥＭＯＮＩＴＯＲ软件设置功能参数或只读。２）参数设置单元ＰＭＵ参数设置单元ＰＭＵ在装置上直接对变频器和逆变器进行参数设置、操作和监控。它是基本装置的固定组成部分。它具有４位７段数码显示和若干按键。变频器面板各按键的作用见表１０－２。ＰＭＵ如图１０－４所示，它具有以下功能。（１）变频器的起动和停止。（２）简单功能设定和参数修改。上一页下一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述（３）显示变频器运行状态和故障设定。（４）具有ＲＳ４８５／ＲＳ２３２接口。２.参数设置步骤参数设置步骤被分成３类，即参数恢复到工厂设置、简单应用的参数设置（快速参数设置）和专家应用的参数设置。主菜单用Ｐ０６０菜单（表１０－３）选择参数进行选择，如图１０－５所示。１）功率部分定义（Ｐ０６０＝８）功率部分的定义已在发货之前完成。如果更换ＣＵＶＣ，则要重新设定，如图１０－６所示，一般情况下不要求。在功率部分定义时，控制板上电，在所有书本形、装机装柜形装置和调速柜都需要如此。上一页下一页返回项目一西门子６ＳＥ７０变频器概述２）参数恢复到出厂设置（Ｐ０６０＝２）工厂设置是变频器所有功能被定义的初始状态。当变频器的功能需要完全重新设定或者由于用户参数变更导致变频器无法正常运行，可通过ＰＭＵ将变频器的功能复位到工厂设置。设置的步骤如图１０－７所示。参数复位到工厂设置过程中，功率部分的定义、相关的工艺条件、运行时间的计算及故障存储器都将予以保留。３）快速参数设置（简单应用的参数设置）（Ｐ０６０＝３）快速参数设置（简单应用的参数设置）常用于已准确了解了装置的应用条件且无须测试以及需要相关扩展参数进行补充的情况。设置步骤如图１０－８所示。上一页返回项目二西门子６ＳＥ７０变频器的详细参数设置任务一详细参数设置（专家参数设定）详细参数设置典型的应用例子是初始起动。系统设置功能扩展了快速参数设置的起动功能。在系统设置期间，控制电子板得到变频器工作的进线电压、所连接的电动机及电动机编码器的情况。此外，也选择电动机控制方式（Ｕ／ｆ开环控制或矢量控制）和逆变器脉冲频率。需要时，电动机模型所需的参数能自动计算出来。更进一步，在系统设置期间，电流、电压、频率、转速及转矩信号额定值也可确定。任务二设置流程参数设置流程如图１０－９所示。下一页返回项目二西门子６ＳＥ７０变频器的详细参数设置任务三系统设定应遵照工艺过程的边界条件为了支持起动，工艺过程的特性在Ｐ１１４中设定，见表１０－５。随后进行的自动设置参数（Ｐ１１５）或电动机识别（Ｐ１１５＝２、３）及调节器优化（Ｐ１１５＝３、５）在闭环控制中完成，经验表明，这对选择方案很有好处。上一页下一页返回项目二西门子６ＳＥ７０变频器的详细参数设置任务四详细参数设置（专家参数设定）———系统优化为了准确确定电动机参数，就必须执行自动电动机辨识和速度调节器优化。电动机自动参数设置和辨识的功能用于确定超出电动机铭牌范围的参数。开环控制用参数Ｐ１１５来执行。为获得传动系统好的闭环控制，需执行电动机辨识。理论上，一旦在变频器“系统设置”（Ｐ０６０＝５）状态下调整下列某一参数，装置就需执行自动设置参数（Ｐ１１５＝１）或电动机识别（Ｐ１１５＝２）过程，如图１０－１０所示。上一页下一页返回项目二西门子６ＳＥ７０变频器的详细参数设置１.自动参数设置自动参数设置用于预设定同系统设置（变频器和电动机数据）和开环／闭环控制形式（Ｐ１００）有关的开环／闭环控制参数。２.在零速时的电机识别（Ｐ１１５＝２）在零速时的电动机识别执行“自动参数设置”，然后激活接地故障测试，测试脉冲测量，泄漏测量，并执行ＤＣ测量去改善闭环控制。这样，对某些闭环控制参数重新确定。３.完全的电动机识别（Ｐ１１５＝３）完全的电动机识别用于在矢量闭环控制方式（Ｐ１００＝３、４或５）中去改善闭环控制作用并包含下列功能。上一页下一页返回项目二西门子６ＳＥ７０变频器的详细参数设置（１）“在零速时的电动机辨识”（包括“自动参数设置”）。（２）“空载测量”（包括“测速装置测试”）。（３）“ｎ／ｆ调节器优化”。４.空载测量（Ｐ１１５＝４）空载测量在矢量闭环控制方式（Ｐ１００＝３、４或５）中用于改善闭环控制作用，而且它是“完全的电动机辨识”的一个子功能。测量用于设定空载电流（Ｐ１０３，ｒ１０９）和电机磁抗。５.ｎ／ｆ调节器优化（Ｐ１１５＝５）ｎ／ｆ调节器优化在矢量闭环控制方式（Ｐ１００＝３、４或５）中用于改善闭环控制作用，而且它是“完全的电动机辨识”的一个子功能。上一页下一页返回项目二西门子６ＳＥ７０变频器的详细参数设置６.自测试（Ｐ１１５＝６）自测试有同“在零速时的电动机辨识”相同的功能，但无参数值的改变。７.测速装置测试（Ｐ１１５＝７）测速装置测试用于在带测速机矢量控制方式下（Ｐ１００＝４或５）去检查测速机（模拟测速机和脉冲编码器）。上一页返回项目三西门子６ＳＥ７０变频器的输入和输出功能任务一功能块大量的开环和闭环控制功能、通信功能以及监控和操作器控制功能可由在变频器和逆变器软件中的功能块来实现。这些功能块可用参数设置和自由连接。相互连接的方法相当于将各种不同功能单元用工程方法进行电气连接，即相当于使用电缆连接集成电路或其他元器件。不同之处是功能块由软件而不是电缆来连接。１.功能块功能用功能块来实现，各个功能块的功能范围取决于它的专门任务。功能块装备了输入、输出和参数且在时隙中进行处理，如图１０－１１所示。下一页返回项目三西门子６ＳＥ７０变频器的输入和输出功能２.功能块号每个功能块都有一个功能块号（ＦＢ号），用它来清楚地定义功能块。利用ＦＢ号，能够定义用哪个时隙处理大量功能块。在这种情况下，每个功能块都配置一个标号参数，该标号参数将有关ＦＢ号包含在其参数号和参数标号中。举例如下。①Ｕ９５０.０１是功能块号００１的代码。②Ｕ９５３.５０是功能块号２５０的代码。③Ｕ９５３.９９是功能块号２９９的代码。④Ｕ９５４.７４是功能块号３７４的代码。上一页下一页返回项目三西门子６ＳＥ７０变频器的输入和输出功能选择时隙的参数和对应的工厂设定在每个功能块的功能图（可查阅说明书）中加以显示，这个数据做成椭圆形以便更好地同功能块的其他元器件进行区别。除时隙外，处理顺序对大多数功能块来讲也可以确定。任务二输入／输出端子功能的设定变频器的中心控制单元ＣＵＶＣ有Ｘ１０１、Ｘ１０２、Ｘ１０３端子排ＥＢ１、ＥＢ２。变频器的这些端子只有在进行了功能设定后，才能对变频器的运行进行控制。变频器的输入和输出在进行功能设定时，要通过控制字、状态字、开关量连接器、模拟量连接器来进行设定。上一页下一页返回项目三西门子６ＳＥ７０变频器的输入和输出功能１.控制字控制字是变频器的控制命令，它通过连接器将变频器的开关量输入端子、ＰＭＵ、ＯＰＩＳ、串行口与变频器的功能（如正转、反转等）连接起来，从而能通过ＰＭＵ和输入端子来控制变频器运行。６ＳＥ７０系列变频器控制字（３２位）的各位含义见功能图１８０和１９０。２.状态字状态字是变频器的控制命令，它通过连接器将变频器的开关量端子、ＰＭＵ、ＯＰＩＳ、串行口与变频器的功能（如故障报警、变频器运行输出信号等）连接起来，从而能通过ＰＭＵ和输出端子显示变频器的运行状态。６ＳＥ７０系列变频器状态字（３２位）的各位含义见功能图２００和２１０。上一页下一页返回项目三西门子６ＳＥ７０变频器的输入和输出功能３.连接器由于西门子６ＳＥ７０系列变频器是一种“工程型”变频器，要满足种种工程需要，所以能实现的功能多，功能码也多，而外部端子是有限的，这样为满足某一工程需要而使变频器传动电动机运行时，必须用连接器将某些有用的功能码与变频器外部端子连接起来，完成变频器的功能设定。连接器分为源连接器和目标连接器，源连接器相当于插座，目标连接器相当于插头。一般情况下，对于输入来说，目标连接器对应变频器的端子和变频器的功能码；而对于输出端子来说，源连接器对应变频器的端子和变频器的功能码或变频器要输出的变量。连接器分为开关量连接器和模拟量连接器。上一页下一页返回项目三西门子６ＳＥ７０变频器的输入和输出功能１）开关量连接器开关量连接器可看成存储开关量信号的存储单元。功能块的开关量（数字）输出参数以Ｂ参数存储。每个开关量连接器包含一个定义字母和开关量连接器号，如图１０－１２所示。定义字母是Ｂ。开关量连接器号通常有４位数字。基于它们的定义，开关量连接器仅有两个状态，即“０”（逻辑ＮＯ）和“１”（逻辑ＹＥＳ）。２）模拟量连接器连接器好比是“模拟”信号的存储单元，功能块的模拟量输出参数以Ｋ（ＫＫ）连接器形式存储。每个连接器包含一个定义字母和连接器号，如图１０－１３所示。定义字母取决于数字的表示法，Ｋ是具有字长（１６位）的连接器，ＫＫ是具有双字长（３２位，提高精度）的连接器。上一页下一页返回项目三西门子６ＳＥ７０变频器的输入和输出功能任务三设定值输入设定值可以作为主设定值和附加设定值的总和。设定值不仅可以从内部也可以从外部输入。内部如固定设定值、电动电位器设定值、点动设定值；外部可以通过模拟量输入口、串行接口或选件板输入。内部固定值和电动电位器设定值可以从所有接口通过控制指令进行切换或调整。图１０－１４所示为频率设定值通道。上一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能任务一参数数据组１.ＢＩＣＯ数据组（ＢＩＣＯＤａｔａＳｅｔ，ＢＤＳ）１）作用该数据组被调用时，可将变频器的操作单元、端子排、变频器的设定值和变频器的控制功能连接起来，完成变频器的基本输入／输出功能设定。２）符号ＢＩＣＯ参数在功能图中标以参数号Ｂ，如图１０－１５所示。这些参数可有两个标号，这意味着，在每个参数标号下能够存储一个参数值，即能够存储总共两个参数。下一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能３）特点（１）激活的ＢＩＣＯ数据组（ＢＤＳ）决定目前使用的参数值。例如，总共有两个值被存储在参数Ｐ５５４中（ＳｒｃＯＮ／ＯＦＦ１）。Ｐ５５４.１＝１０（如果ＢＩＣＯ数据１被激活，则ＯＮ指令来自基本装置开关量输入口１）。Ｐ５５４２＝２１００（如果ＢＩＣＯ数据２被激活，则ＯＮ指令来自串行接口１第１个数据位的位０）。（２）各个ＢＩＣＯ数据组用在控制字２中的控制字位３０来选择（Ｐ５９０）。上一页下一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能（３）借助只读参数ｒ０１２（激活ＢＩＣＯＤＳ）可显示被激活的ＢＩＣＯ数据组。（４）利用功能参数Ｐ３６３，能够将一个ＢＩＣＯ数据组（标号１和２）的参数设定复制到另一个ＢＩＣＯ数据组。２.功能数据组１）作用功能数据组（ＦｕｎｃｔｉｏｎＤａｔａＳｅｔ，ＦＤＳ）被调用时，可完成变频器系统基本运行功能的设定，如４个固定设定值、一个用于防止谐振的跳跃频率带、一个给定积分器数据等。ＦＤＳ数据组有４组数据组可切换。变频器实际运行时，只用一组ＦＤＳ数据。上一页下一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能２）符号专用的功能参数在功能图中标以参数标号Ｆ，如图１０－１６所示。有关参数可有４个标号，这意味着，在每个参数标号下能够存储一个参数值，即能够存储总共４个参数。３）特点（１）激活的功能数据组（ＦＤＳ）决定目前正使用的参数值。例如，总共有４个值存储在参数Ｐ４６２中（加速时间）。Ｐ４６２.１＝０.５０（如果功能数据组１被激活，则加速时间是０.５ｓ）。上一页下一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能Ｐ４６２.２＝１.００（如果功能数据组２被激活，则加速时间是１.０ｓ）。Ｐ４６２.３＝３.００（如果功能数据组３被激活，则加速时间是３.０ｓ）。Ｐ４６２.４＝８.００（如果功能数据组４被激活，则加速时间是８.０ｓ）。（２）各个功能数据组由控制字２中的位１６和位１７来选择（Ｐ５６７.Ｂ和Ｐ５７７.Ｂ）。（３）可在任何时刻进行转换。（４）借助参数ｒ０１３（ＡｃｔｉｖｅＦｕｎｃＤｓｅｔ）可显示激活的功能数据组。上一页下一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能（５）利用功能参数Ｐ３６４，能够将一个功能数据组（标号１、２、３和４）的参数设定复制到另一个功能数据组。３.电动机数组１）作用电动机数据组（ＭｏｔｏｒＤａｔａＳｅｔ，ＭＤＳ）被调用时，可完成电动机参数的设定，如电动机的类型、额定电压、额定电流、额定频率等的设定。ＭＤＳ数据组有４组数据可切换，即对于不同电动机可以存储和选择开环和闭环控制参数。变频器实际运行时，只用到一组ＭＤＳ数据。上一页下一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能２）符号电动机参数在功能图中标以参数Ｍ，如图１０－１７所示。有关参数可有４个标号，这意味着，在这些参数的每个参数标号下能够存储一个参数值，即能够存储总共４个参数。３）特点（１）激活的电动机数据组（ＭＤＳ）决定目前正使用的参数值。（２）各个电动机数据组用在控制字２中的位１８和位１９来选择（Ｐ５７８.Ｂ和Ｐ５７９.Ｂ）。（３）仅在传动系统脱离电源状态才能转换。上一页下一页返回项目四西门子６ＳＥ７０变频器的ＢＩＣＯ数据组切换功能（４）利用功能参数Ｐ３６２，能够将一个电动机数据组（标号１、２、３和４）的参数设定复制到另一个电动机数据组。任务二功能单元模块１.计算和控制单元模块计算和控制模块主要包括加法器、减法器、除法器、具有滤波功能的绝对值发生器、信号反向器、限幅器、限幅监视器、最大和最小值选择器、时间单元和特性模块。这些单元块通过功能码Ｕ０８２－Ｕ２１２设定。２.逻辑单元模块逻辑单元模块主要包括与单元块、或单元块、异或单元块、非单元块、ＲＳ触发器和Ｄ触发器。这些单元块通过功能码Ｕ２２１－Ｕ２９２设定。上一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制任务一变频器的控制系统结构变频器的控制系统的组成包括５个部分，即设定值通道、反馈通道、控制器、功率单元（即主电路）和输出通道，如图１０－1８所示。设定值通道：用于接受速度或频率的设定，并对其滤波和限幅。反馈通道：用于接受闭环系统的速度反馈值。控制器：对主要控制量，如速度、频率、电流等进行ＰＩＤ调节和其他方式的转换。功率单元：用于接受电压和频率信号，以产生ＰＷＭ波形。输出通道：用于显示和输出系统的变量值，如频率、电压、电流等。下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制任务二开环控制下面以开环Ｕ／ｆ控制模式变频器为例，介绍变频器控制系统的组态过程。高性能变频器应用对于动态性能要求不高的场合，如泵、风机、简单的移动设备的单机传动和成组传动的频率控制时，采用Ｕ／ｆ控制模式就是在保持变频器输出电压和输出频率比值恒定的基础上对电动机进行变频调速的。这种控制模式的特点使变频器的运行受其驱动的电动机参数变化影响小，在变频器容量允许的范围内，可用一台变频器驱动多台电动机。西门子６ＳＥ７０系统变频器的Ｕ／ｆ控制模式系统是由设定值通道、电流控制器、Ｕ／ｆ特性单元和功率单元（主电路）４部分组成。组态成Ｕ／ｆ控制模式的系统，如图１０－１９所示。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制１.设定值通道设定值通道主要设置变频器的频率给定、频率的正负限幅、变频器的起动时间和变频器的停止时间。变频器的频率给定可由主给定给出，也可由附加给定１或附加给定２给出。变频器频率主给定通过功能码Ｐ４４３设置，为了减小变频器起动或停止时对电网的冲击和对电动机的冲出，在设定值通道上加入给定积分器和频率正负限幅，从而使变频器能实现软起动和软停止。给定积分的加速时间通过功能码Ｐ４６２设置，减速时间通过功能码Ｐ４６４设置，频率的正限幅通过功能码Ｐ４５２设置，频率的负限幅通过功能码Ｐ４５３设置。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制２.电流控制器电流控制器主要调节变频器系统的动态电流，为了防止变频器的过电流，增加了最大电流限幅，变频器过电流保护遵循反时限原则。电流控制器的比例增益通过功能码Ｐ３３１设置，积分通过功能码Ｐ３３２设置。另外，在Ｕ／ｆ控制模式下，为了改善变频器的转矩特性，增加了转差补偿功能，转差补偿器的比例增益通过功能码Ｐ３３６设置。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制３.Ｕ／ｆ特性单元Ｕ／ｆ特性单元是本控制系统的核心，对其参数的设置实际上就是设定Ｕ／ｆ曲线。在Ｕ／ｆ曲线上，需设定的参数有电动机额定电压、电动机额定频率、频率限幅、电压提升、转矩提升结束频率、Ｕ／ｆ曲线类型。通过功能码Ｐ１０１设置电动机额定电压是定义变频器驱动电动机在额定频率以下是恒转矩调速，在额定频率以上是恒功率调速。通过功能码Ｐ２９３设置频率限幅值，以防止变频器运行电动机超速。通过功能码Ｐ３２５设置电压提升是为了在低频时补偿电动机转矩。通过功能码Ｐ３２６设置转矩提升结束频率。通过功能码Ｐ３３０设置曲线类型，即曲线弯度。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制４.功率单元变频器功率单元（主电路）中的一些参数已在变频器出厂时设定完毕，如需修改可参阅参数设置流程。另外，可通过功能码Ｐ２８７设置直流电压采样时的滤波时间常数。系统工作过程：首先频率给定信号通过给定Ｐ４４３和附加给定１Ｐ４４３进行设置，它们的设定源主要有编程单元（ＰＭＵ、ＯＰＩＳ或计算机）、模拟输入端子和串行口ＵＳＳ，然后经过给定积分器与动态电流限制信号作用后，再经过转差补偿，形成电动机转速的给定信号。为了遵循Ｕ／ｆ＝Ｃ控制模式，将该信号分成两路：一路去频率控制环节，用于控制系统频率；另一路去电压控制环节，用于控制系统输出电压，并通过Ｕ／ｆ特性单元，保证电压和频率的协调控制。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制任务三闭环控制下面以有速度传感器矢量控制变频器为例，介绍变频器控制系统的组态过程。高性能变频器驱动电动机时，当有较高动态特性和较高速度精度要求时，必须采用矢量控制模式，这样才能充分发挥高性能变频器的优点。西门子６ＳＥ７０系列变频器的有速度传感器的矢量控制系统由设定值通道、速度控制器、转矩电流限幅单元、电流控制器、矢量控制单元和功率单元组成。组态成矢量控制的系统如图１０－２０所示，单元应针对不同的实际系统要求进行设定。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制１.设定值通道设定值通道由速度给定单元和速度反馈单元两部分组成。速度给定单元的设置包括速度主给定、速度附加给定１、速度附加给定２、速度给定的正负限幅、转矩给定的正负限幅、给定积分器的加减速时间及用于转矩前反馈控制时的系统起动时间和比例增益。速度反馈单元的设置包括速度传感器类型、脉冲编码器的脉冲数或模拟测速发电机的最大转速值、实际速度滤波时间常数。２.速度控制器速度控制器主要对系统速度进行动态调节，为了消除速度静差和提高系统控制精度，采用ＰＩ控制器，通过功能码Ｐ２３５设置比例增益，通过功能码Ｐ２４０设置积分增益，通过功能码Ｐ２２３设置速度反馈的滤波时间常数。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制３.转矩、电流限幅单元为了防止变频器起动、运行和停止时过电流，设置了转矩、电流限幅单元。系统最大电流通过功能码Ｐ１２８设置，变频器允许回馈的最大有功功率通过功能码Ｐ２５９设置。４.电流控制器矢量控制模式系统仿照了直流调速系统的控制模式，将通入交流电动机中产生转矩的电流和产生磁通的电流分离开来，分别进行控制。本系统的电流控制器包括用于控制电动机转矩的电流控制器和用于控制电动机磁通的电流控制器。电流控制器的比例增益通过功能码Ｐ２８３设置，积分增益通过功能码Ｐ２８４设置，控制系统脉冲调制类型通过功能码Ｐ３３９设置。上一页下一页返回项目五西门子６ＳＥ７０变频器的开环和闭环控制５.功率单元变频器功率单元（主电路）中的一些参数已在变频器出厂时设定完毕，如需修改可参阅参数设置流程。另外，可通过功能码Ｐ２８７设置直流采样时的滤波时间常数。６.矢量控制单元矢量控制单元是整个控制系统的核心，包括电动机模型、电动机ＥＭＦ（电动势）模型、矢量变换模型和磁通调节器，如图１０－２０所示。其中，电动机转子电阻温度系数通过Ｐ１２７功能码设置，电动机ＥＭＦ调节器的比例增益通过功能码Ｐ３１５设置，积分增益通过功能码Ｐ３１６设置，磁通调节器调制温度系数通过功能码Ｐ３４４设置。上一页返回项目六西门子６ＳＥ７０变频器与Ｓ７－３００ＰＬＣ的联机运行任务一硬件和软件需求１.硬件（１）Ｓ７－３００ＰＬＣ，包含电源模块、ＣＰＵ、ＤＩ／ＤＯ、ＡＩ／ＡＯ等。（２）６ＳＥ７０变频器。２.软件ＳＴＥＰ７Ｖ５.Ｘ。任务二硬件接线图图１０－２１所示为需要的硬件接线图，选用Ｓ７－３００的３１４ＣＰＵ作为控制器，连接一个６ＳＥ７０变频器。下一页返回项目六西门子６ＳＥ７０变频器与Ｓ７－３００ＰＬＣ的联机运行任务三ＳＴＥＰ７硬件组态及程序编写１.新建项目在ＳＴＥＰ７中创建一个新项目。右击，在弹出的快捷菜单中选择ＩｎｓｅｒｔＮｅｗＯｂｊｅｃｔ→ＳＩＭＡＴＩＣ３００ＳＴＡＴＩＯＮ命令，插入Ｓ７－３００站，如图１０－２２所示。２.硬件组态双击Ｈａｒｄｗａｒｅ选项，进入ＨＷＣｏｎｆｉｇ窗口。单击Ｃａｔａｌｏｇ图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插入机架、电源、ＣＰＵ、ＤＩ、ＤＯ、ＡＩ、ＡＯ等模块进行硬件组态，地址选用默认即可，如图１０－２３所示。上一页下一页返回项目六西门子６ＳＥ７０变频器与Ｓ７－３００ＰＬＣ的联机运行３.程序编写图１０－２４所示，在组织块ＯＢ１中编写以下程序。其中，Ｉ／Ｏ地含义如下。Ｉ０.０：电动机正转信号，ＳＢ１为正转起动按钮。Ｉ０.１：电动机反转信号，ＳＢ１为反转起动按钮。Ｉ０.２：电动机正转信号，ＳＢ１为停止按钮。ＩＩ.０：电动机多段速选择信号，ＳＡ１为速度选择拨码开关。ＩＩ.１：电动机多段速选择信号，ＳＡ２为速度选择拨码开关。Ｑ４.０：电动机正转信号，接变频器的Ｘ１０１／５。Ｑ４.１：电动机反转信号，接变频器的Ｘ１０１／６。上一页下一页返回项目六西门子６ＳＥ７０变频器与Ｓ７－３００ＰＬＣ的联机运行Ｑ４.２：电动机停止信号，接变频器的Ｘ１０１／７。Ｑ５.０：电动机多段速选择信号，接变频器的Ｘ１０１／８。Ｑ５.１：电动机多段速选择信号，接变频器的Ｘ１０１／９。ＰＩＷ２８８：ＰＬＣ模拟量输入地址，对应模拟量输入端子的“２”“３”，决定模拟量控制下的电动机的速度。ＰＱＷ３０４：ＰＬＣ模拟量输出地址，对应模拟量输入端子的“４”“５”，将模拟量控制下的电动机的速度给变频器。上一页下一页返回项目六西门子６ＳＥ７０变频器与Ｓ７－３００ＰＬＣ的联机运行任务四变频器的参数设置要使ＰＬＣ的控制信号能够通过变频器的外部端子进入变频器，需要首先对变频器做以下参数设置。Ｐ０６０＝３（快速参数设置）Ｐ０７１＝３８０（装置进线电压）Ｐ０９５＝１０（电动机类型）Ｐ１００～Ｐ１０９（根据电机铭牌设置相应的参数）Ｐ３６８＝１（控制命令来源于端子排）Ｐ３７０＝１（起动快速参数设置）Ｐ０６０＝０（返回用户菜单）上一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信任务一硬件和软件需求１.硬件（１）Ｓ７－３００，其中ＣＰＵ为３１５－２ＤＰ型。（２）６ＳＥ７０变频器。（３）ＣＢＰ２，用于安装在６ＳＥ７０变频器上，使之成为ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ从站。（４）带有ＣＰ５６１１的编程器。２.软件ＳＴＥＰ７Ｖ５.Ｘ下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信任务二网络配置图图１０－２５所示为已组态好的网络配置图，本例中选用Ｓ７－３００的３１５－２ＤＰＣＰＵ作为ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站，连接一个６ＳＥ７０变频器。任务三网络组态及参数设置１.组态主站系统（１）新建项目。在ＳＴＥＰ７中创建一个新项目。右击，在弹出的快捷菜单中选择ＩｎｓｅｒｔＮｅｗＯｂｊｅｃｔ→ＳＩＭＡＴＩＣ３００ＳＴＡＴＩＯＮ命令，插入Ｓ７－３００站，如图１０－２６所示。上一页下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信（２）组态硬件。双击Ｈａｒｄｗａｒｅ选项，进入ＨＷＣｏｎｆｉｇ窗口。单击Ｃａｔａｌｏｇ图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插入机架、电源、ＣＰＵ等进行硬组态。插入ＣＰＵ时会同时弹出ＰＲＯＦＩＢＵＳ组态界面。选择Ｎｅｗ新建ＰＲＯＦＩＢＵＳ（１），组态ＰＲＯＦＩＢＵＳ站地址，本例中为２。单击ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ按钮组态网络属性，选择ＮｅｔｗｏｒｋＳｅｔｔｉｎｇｓ选项卡进行网络参数设置，在本例中设置ＰＲＯＦＩＢＵＳ的传输速率为１.５Ｍｂｉｔ／ｓ行规为ＤＰ，如图１０－２７所示。在ＰＲＯＦＩＢＵＳ的属性ＯｐｅｒａｔｉｏｎＭｏｄｅ中，将其设为ＤＰｍａｓｔｅｒ，如图１０－２８所示。上一页下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信单击ＯＫ按钮确定，主站系统组态完成。２.组态从站在ＤＰ网上插入ＰＲＯＦＩＢＵＳ从站，如图１０－２９所示。选择ＭＡＳＴＥＲＤＲＩＶＥＳ／ＤＣＭＡＳＴＥＲＣＢＰｘ，连接到ＤＰ网络上，定义ＰＲＯＦＩＢＵＳ站地址，本例中为３号站，然后对ＭａｓｔｅｒＤｒｉｖｅ的通信区进行组态。通信区与应用有关，如果需要读写ＭａｓｔｅｒＤｒｉｖｅ参数，则需要ＰＫＷ数据区，如果除设定值和控制字以外，还需传送其他数据，则要选择多个ＰＺＤ。双击从站图标，通信口区选择如图１０－３０所示。上一页下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信在这种模式下，还可以选择从站－从站通信。不同的ＰＲＯ类型指定的通信接口区大小不同，本例中选择ＰＲＯ类型为２，即４个ＰＥＫ和４＋２个ＰＺＤ。由于ＰＺＤ的数据格式默认为ＥｎｔｉｒｅＬｅｎｇｔｈ，所以在ＰＬＣ编程时需要在程序中调用ＳＦＣ１４、ＳＦＣ１５来读写数据。图１０－３１显示了组态完成后的通信区，对应到主地址分配情况如下。上一页下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信３.ＭａｓｔｅｒＤｒｉｖｅ参数的设置要使变频器能够用ＰＬＣ通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ来控制，也需要对变频器进行以下参数设置。Ｐ０６０＝３（快速参数设置）Ｐ０７１＝３８０（设置进线电压）Ｐ０９５＝１０（电动机类型）Ｐ１００－Ｐ１０９（根据电动机的铭牌设置相应的参数）Ｐ３６８＝６（控制命令来源为ＰＲＯＦＩＢＵＳ）Ｐ３７０＝１（启动快速参数设置）Ｐ０６０＝０（返回用户菜单）Ｐ０６０＝４（电子板设置菜单）上一页下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信Ｐ７１１.００１＝０（通信方式）Ｐ９１８＝３（从站ＰＲＯＦＩＢＵＳ站号）Ｐ０６０＝１（返回参数菜单）Ｐ７３４.００１＝３２（设置状态字）Ｐ７３４.００２＝２０（电动机运行频率）任务四程序的编写１.定义数据块建立数据如ＤＢ１，将数据块中的数据地址与从站（ＭａｓｔｅｒＤｒｉｖｅ）中的ＰＺＤ、ＰＫＷ数据相对应，如图１０－３２所示。上一页下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信２.调用特殊模块在组织块ＯＢ１中调用特殊模块ＳＦＣ１４和ＳＦＣ１５，完成从站（ＭａｓｔｅｒＤｒｉｖｅ）数据的读和写，如图１０－３３所示。其中：ＳＦＣ１４（“ＤＰＲＤ＿ＤＡＴ”）用于读ＰＲＯＦＩＢＵＳ从站（ＭａｓｔｅｒＤｒｉｖｅ）的数据。ＳＦＣ１５（“ＤＰＲＤ＿ＤＡＴ”）用于将数据写入ＰＲＯＦＩＢＵＳ从站。此外，整个Ｓ７中的ｂｌｏｃｋ程序还应该包含ＯＢ８５～ＯＢ８７、ＯＢ１００、ＯＢ１２１、ＯＢ１２２启动组织块和故障诊断组织块等，如图１０－３４所示。上一页下一页返回项目七西门子６ＳＥ７０变频器的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信３.对ＰＺＤ（过程数据区）读写通过ＰＬＣ编程可以读写ＲＥＣＯＲＤ地址里的数值，从而读写过程数据区里面的内容，包括控制字、状态字、主给定值和主实际值等。１）ＰＺＤ数据含义和传送规则ＰＺＤ最多可以由１６个字组成。在ＰＺＤ接收（主站→变频器）时，第１个字为控制字１（ＳＴＷ１），第２、３个字为速度主设定值（ＨＳＷ），第４个字为控制字２（ＳＴＷ２），第５个字为附加给定值。在ＰＺＤ发送（变频器→主站）时，状态字１（ＺＳＷ１）在第１个字发送，速度实际值（ＨＩＷ）为３２位数值，在第２个和第３个字发送，状态字２（ＺＸＷ２）在第